水泥穩(wěn)定礫石在高等級路面基層中的應(yīng)用研究

(云南公投景文高速公路有限公司 云南 普洱 665000)

一、引言

路面基層是瀝青路面的主要承重層，其力學(xué)性能和耐久性將直接影響公路的路用性能和使用年限，因此，優(yōu)質(zhì)的基層是路面整體質(zhì)量的關(guān)鍵[1-4]。目前，在我國各等級公路中，特別是高等級公路，90%以上使用以水泥、石灰、粉煤灰為代表的半剛性材料作為基層材料[5]，且大多為穩(wěn)定碎石類基層，穩(wěn)定礫石類基層較少。究其原因主要是因為碎石類材料棱角性較礫石類材料好，依靠石料自身的嵌擠作用能夠形成較高的強度，有研究表明，同一強度下，穩(wěn)定碎石類材料需要的結(jié)合料要少于穩(wěn)定礫石類材料[6-7]。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，公路建設(shè)里程也在快速增長，對碎石的需求量也越來越大，可開山石料越來越少，再加上國民環(huán)保意識的加強，不合規(guī)石場大量關(guān)閉，這在一定程度上遏制了公路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。破碎礫石是以天然河道中水流沖刷堆積形成的卵石為原料，根據(jù)需要進行破碎加工而成，由于破碎礫石存在取材方便、成本低廉、有利環(huán)保等特點，近年來，公路行業(yè)開始越來越多的使用破碎礫石用于高等級路面的基層。

本文以云南景東至文東高速公路其中一段為試驗研究路段進行研究，試驗段全長300m，寬度為11.5m，鋪筑厚度為36cm。在該試驗路段中，將水泥穩(wěn)定礫石作為基層材料，來探討路基層強度是否符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-215)的要求[8]。本文通過對水泥穩(wěn)定礫石基層材料的試驗研究，能為我國西南地區(qū)公路基層材料提供理論基礎(chǔ)，并得以推廣應(yīng)用，可以在保證工程質(zhì)量的前提下，最大限度的節(jié)約成本、保護環(huán)境，有利于我國生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

二、原材料試驗

(一)集料檢測指標(biāo)。本文所用粗集料為破碎礫石，粗集料分為三檔，分別為1#(19-31.5mm)、2#(9.5-19mm)、3#(4.75-9.5mm)，細(xì)集料為天然砂和石屑，分為兩檔，分別為4#(天然砂、0-4.75mm)、5#(石屑、0-4.75mm)，各檔集料所檢測指標(biāo)均滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)的技術(shù)要求。

(二)水泥檢測指標(biāo)。水泥采用普洱昆鋼嘉華水泥廠生產(chǎn)的PC.32.5普通硅酸鹽水泥，其檢測結(jié)果見表1所示，均滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)的技術(shù)要求。

表1 水泥質(zhì)量檢測結(jié)果

(三)集料級配確定。本文所用集料分為五檔，摻配比例為：1#：2#：3#：4#：5#=16%:37%:15%:16%:16%，其合成級配如表2和圖1所示，合成級配完全滿足相關(guān)規(guī)范對水泥穩(wěn)定砂礫基層的要求。

表2 水穩(wěn)礫石合成級配結(jié)果

注：級配上限和級配下限數(shù)值主要是參考《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)中C-B-3的級配范圍并在此基礎(chǔ)上進行了進一步的完善。

三、施工參數(shù)的確定

本文通過重型擊實試驗進行最佳含水量的確定。對其混合料按照不同水泥劑量的配比進行擊實及無側(cè)限抗壓強度試驗，各種混合料的最大干密度及最佳含水率試驗結(jié)果如表3所示。

表3 水穩(wěn)礫石的最大干密度及最佳含水率試驗結(jié)果

按照不同水泥劑量對應(yīng)的最佳含水率和最大干密度制備試件，在規(guī)定條件下濕養(yǎng)生6d，浸水24h后按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51-2009)進行無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 水穩(wěn)礫石無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

景文高速屬于重交通等級，《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)中要求高速公路在重交通下的7d齡期無側(cè)限抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)(代表值)在4.0MPa～6.0 MPa范圍之內(nèi)，景文高速設(shè)計圖紙中要求其7d齡期無側(cè)限抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)(代表值)不低于4.5 MPa，根據(jù)上述試驗結(jié)果，并結(jié)合經(jīng)濟性原則，最終采用水泥摻量為5%。

四、試驗段各項指標(biāo)檢測

(一)級配符合性驗證。在不摻加水泥的情況下，在水泥穩(wěn)定礫石混合料拌合機皮帶上隨機選取一段混合料進行烘干水洗篩分，篩分結(jié)果如表5所示。

表5 水穩(wěn)礫石級配符合性驗證

分析表5可知，水泥穩(wěn)定礫石篩分結(jié)果比目標(biāo)級配稍微偏細(xì)一些，但各篩孔偏差較小，說明二者符合性較好，所采用的生產(chǎn)級配較為合理。

(二)含水率檢測。在水泥穩(wěn)定礫石混合料拌合機皮帶上隨機選取一段混合料通過烘干法進行含水率檢測，檢測結(jié)果如表6所示。

表6 水穩(wěn)礫石含水率檢測結(jié)果

從表6可知，試驗段含水率基本穩(wěn)定在4.8%左右，室內(nèi)進行配合比試驗時最佳含水率為4.4%，由于試驗段施工當(dāng)天溫度較高，再加上水穩(wěn)礫石易于失水，所以實際施工時將含水率適當(dāng)提高0.3～0.5%是合理的。

(三)水泥用量檢測。在水泥穩(wěn)定礫石混合料拌合機皮帶上隨機選取一段混合料，按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51-2009)中規(guī)定的方法進行水泥用量的EDTA滴定試驗，試驗結(jié)果如表7所示。

表7 水穩(wěn)礫石水泥用量檢測結(jié)果

分析表7可知，試驗段水泥用量基本穩(wěn)定在5.0%左右，與目標(biāo)配合比的水泥用量5.0%完全吻合，說明試驗段水泥用量控制較為準(zhǔn)確，且水泥在穩(wěn)定礫石混合料中分散均勻性較好。

(四)壓實度檢測。景文高速水泥穩(wěn)定礫石基層試驗段碾壓完畢后即進行了壓實度檢測，其檢測結(jié)果如表8所示。

表8 水穩(wěn)礫石基層壓實度檢測結(jié)果

分析表8可知，水泥穩(wěn)定礫石基層試驗段6個測點的壓實度均穩(wěn)定在100%左右，均滿足不小于98%的規(guī)定值，說明試驗段現(xiàn)場碾壓效果較好。

(五)芯樣情況。景文高速水泥穩(wěn)定礫石基層厚度為36cm，分兩層鋪筑，養(yǎng)生7d后進行鉆芯取樣。通過觀察，所有芯樣都均勻、密實，上、下基層均能整體取出，層間粘結(jié)較好，說明施工工藝較為合理，施工效果較好。根據(jù)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51-2009)進行試驗段7d無側(cè)限抗壓強度試驗，其試驗檢測結(jié)果如表9所示。

表9 水穩(wěn)礫石基層7d無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

分析表9可知，水穩(wěn)礫石基層試驗段7d無側(cè)限抗壓強度代表值為5.2MPa，滿足不低于4.5MPa的規(guī)定值。

五、結(jié)語

本文首先采用礫石代替常用碎石拌制水泥穩(wěn)定礫石混合料，然后基于試驗段鋪筑工作，通過鉆心取樣試驗對其路用性能進行了驗證，主要得到以下結(jié)論。

(1) 水泥穩(wěn)定礫石混合料用作高等級公路的基層其性能完全可以滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-1015)的要求。

(2) 鑒于破碎礫石與碎石在開采條件、節(jié)約成本、保護環(huán)境等方面相比具有更大的優(yōu)勢，建議在今后云南地區(qū)高等級公路基層建設(shè)中可適當(dāng)采用礫石，以充分利用當(dāng)?shù)刂凡牧希?jié)約工程造價。

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